FR2559221A3

FR2559221A3 - Device for driving a rotary shaft by means of an internal combustion engine, for example for a light or microlight flying machine

Info

Publication number: FR2559221A3
Application number: FR8401781A
Authority: FR
Inventors: Robert Dasset
Original assignee: CATEP
Current assignee: CATEP
Priority date: 1984-02-06
Filing date: 1984-02-06
Publication date: 1985-08-09
Also published as: FR2559221B3

Abstract

The invention relates to a friction coupling between an output shaft 12 of an internal combustion engine and a rotary shaft 16 connected to a load, the coupling comprising an extensible annular element 66 such as a spring with helical coils, interposed between the frustoconical face of a ring 60 and a clamping annulus 48, in order to clamp linings 40 and 42 between a disc 24 securely fastened to the shaft 12 and a disc 26 securely fastened to the shaft 16. The invention allows vibrations and cyclic operational irregularities of the engine to be absorbed and applies especially to devices for driving propellers for motorised microlight flying machines, for driving pumps, electric generators, etc.

Description

Dispositif d'entraînement d'un arbre rotatif au moyen d'un moteur a combustion interne, par exemple pour un engin volant léger ou ultra-léger.Device for driving a rotary shaft by means of an internal combustion engine, for example for a light or ultra-light flying machine.

L'invention concerne un dispositif d'entraînement d'un arbre rotatif au moyen d'un moteur à combustion interne, par exemple pour un engin volant en particulier du type léger ou uitra-léger motorisé (U.L.M.) dont l'arbre porte-hélice est relié par un réducteur à l'arbre de sortie du moteur à combustion interne, l'invention étant également applicable dans le domaine industriel, par exemple pour l'entraînement d'une génératrice électrique, d'une pompe, d'un système de ventilation par hélice pour locomotive, etc.The invention relates to a device for driving a rotary shaft by means of an internal combustion engine, for example for a flying machine in particular of the motorized light or uitra-light type (ULM), the propeller shaft of which is connected by a reduction gear to the output shaft of the internal combustion engine, the invention also being applicable in the industrial field, for example for driving an electric generator, a pump, a propeller ventilation for locomotive, etc.

On connaît déjà un dispositif d'entraînement d'un arbre rotatif au moyen d'un moteur à combustion interne, dans lequel l'arbre rotatif est relié à l'arbre de sortie du moteur par des moyens à friction permettant, d'une part, la transmission d'un mouvement rotatif et d'un couple moteur et, d'autre part, l'absorption des vibrations et irrgula- rités cycliques de rotation de l'arbre de sortie du moteur.There is already known a device for driving a rotary shaft by means of an internal combustion engine, in which the rotary shaft is connected to the output shaft of the engine by friction means allowing, on the one hand , the transmission of a rotary movement and a motor torque and, on the other hand, the absorption of cyclic vibrations and irregularities of rotation of the motor output shaft.

Ces moyens à friction sont d'un poids relativement très faible et erettent,grâce à la friction, la transmission d'un couple moteur à l'arbre rotatif et, par glissement, l'absorption ces vibrations et irrégularités cvclices de fonctionnement du moteur à combustion interne. These friction means are of a relatively very low weight and erect, thanks to friction, the transmission of an engine torque to the rotary shaft and, by sliding, the absorption of these vibrations and irregularities in the operation of the engine at internal combustion.

Ces moyens connus comprenne deux disques coaxiaux ~~ ~.~ solidaires en rotation respectivement de l'arbre de sortie du moteur et de l'arbre rotatif, des garnitures de tric~~cr. These known means comprises two coaxial disks ~~ ~. ~ Integral in rotation respectively with the output shaft of the engine and the rotary shaft, tric linings ~~ cr.

portées par l'un de ces disques et coopérant avec 1' autre disque, et des moyens de serrage des garnitures sur de ces disques ou entre ces disques. Dans le dispositif connu, les moyens de serrage sont constitués par des ressorts ou des empilements de rondelles Belleville qui sont guidés sur des tiges solidaires de l'un des disques et qui Prennent appui, d'une part, sur un anneau de serrage de garniture et, d'autre part, sur des écrous vissés sur les tiges précitées.carried by one of these discs and cooperating with one other disc, and means for tightening the linings on these discs or between these discs. In the known device, the clamping means consist of springs or stacks of Belleville washers which are guided on rods integral with one of the discs and which bear, on the one hand, on a packing clamping ring. and, on the other hand, on nuts screwed to the aforementioned rods.

La force de serrage développée par ces ressorts ou ces rondelles Belleville est réglable à l'arrêt du moteur par vissage ou dévissage des écrous, mais reste constante lors du fonctionnement du moteur quelles que soient la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur et l'importance de la charge à entraîner. I1 peut, dans certains cas, en résulter des inconvénients, si la force de serrage est trop importante et s'oppose au glissement, notamment quand la vitesse de rotation est faible et que le couple moteur est également faible.The clamping force developed by these Belleville springs or washers is adjustable when the engine is stopped by screwing or unscrewing the nuts, but remains constant during engine operation regardless of the speed of rotation of the engine output shaft. and the importance of the load to be carried. I1 can, in some cases, result in drawbacks, if the clamping force is too great and opposes sliding, especially when the rotation speed is low and the engine torque is also low.

L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients et propose à cet effet un dispositif d'entraînement du type précité, caractérisé en ce que les moyens de serrage exercent sur les garnitures de serrage précitées une force qui varie dans le même sens que la vitesse de rotation.The invention aims to avoid these drawbacks and for this purpose provides a drive device of the aforementioned type, characterized in that the clamping means exert on the aforementioned clamping pads a force which varies in the same direction as the rotation speed.

Ainsi, quelle que soit la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur, les garnitures de friction sont serrées sur les disques ou entre les disques avec une force qui est une fonction de la vitesse de rotation et qui est adapttSe à la transmission d'un couple moteur entre l'arbre de sortie du moteur et l'arbre rotatif, tout cn permettant dans tous les cas l'absorption des vibrations et des irrégul;lrites cycliques de fonctionnement moteur à combustion interne, par glissement relatif des deux disques.Thus, whatever the speed of rotation of the output shaft of the engine, the friction linings are tightened on the discs or between the discs with a force which is a function of the speed of rotation and which is adapted to the transmission. of a motor torque between the motor output shaft and the rotary shaft, all cn allowing in all cases the absorption of vibrations and irregularities; cyclic limits of internal combustion engine operation, by relative sliding of the two discs .

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de serrage précités comprennent un élément annulaire extensible guidé entre un anneau de serrage de garniture, solidaire en rotation d'un premier disque, et une face tronconique d'une bague solidaire de ce disque, la distance, parallèlement à i'axe de rotation, entre l'anneau de serrage et ladite face tronconique diminuant quand la distance radiale depuis cet axe augmente, le périmètre de l'élément annulaire extensible augmentant quand la vitesse de rotation augmente, de sorte que cet élément exerce par effet de coin une force de serrage des garnitures qui varie dans le même sens que la vitesse de rotation.In a preferred embodiment of the invention, the aforementioned clamping means comprise an extendable annular element guided between a packing clamping ring, integral in rotation with a first disc, and a frustoconical face of a ring integral with this disc, the distance, parallel to the axis of rotation, between the clamping ring and said frustoconical face decreasing when the radial distance from this axis increases, the perimeter of the extensible annular element increasing when the speed of rotation increases, by so that this element exerts by wedge effect a tightening force of the linings which varies in the same direction as the speed of rotation.

Cet élément annulaire est soumis, quand le moteur tourne, à une force centrifuge qui est proportionnelle au carré de la vitesse angulaire de rotation, et la force de serrage qu'il exerce sur la garniture est également proportionnelle au carré de la vitesse angulaire de rotation. Lorsque l'organe entraîné par l'arbre rotatif est une hélice ou un autre élément dont le couple résistant est également proportionnel au carré de la vitesse angulaire de rotation, la variation de la force de serrage des garnitures en fonction de la vitesse de rotation ne nuit pas à la transmission d'un couple moteur entre l'arbre de sortie du moteur à combustion interne et ledit arbre rotatif, cette force de serrage et le couple moteur variant de la même façon en fonction de la vitesse de rotation.This annular element is subjected, when the engine is running, to a centrifugal force which is proportional to the square of the angular speed of rotation, and the clamping force which it exerts on the lining is also proportional to the square of the angular speed of rotation . When the member driven by the rotary shaft is a propeller or other element whose resistive torque is also proportional to the square of the angular speed of rotation, the variation of the tightening force of the linings as a function of the speed of rotation does does not harm the transmission of an engine torque between the output shaft of the internal combustion engine and said rotary shaft, this tightening force and the engine torque varying in the same way as a function of the speed of rotation.

Avantageusement, l'élément annulaire extensible précité est un sirnple ressort longitudinal à spires hélicoldales, qui est replié annulairement sur lui-meme. Advantageously, the above-mentioned extensible annular element is a longitudinal spring with helical coils, which is annularly folded back on itself.

On obtient ainsi une excellente répartition des forces de serrage sur toute l'étendue des garnitures, chaque spire du ressort portant contre l'anneau de serrage des garnitures.An excellent distribution of the clamping forces is thus obtained over the entire extent of the linings, each turn of the spring bearing against the clamping ring of the linings.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, qui est une vue schématique en coupe partielle d'un mode de réalisation de l'invention.In the description which follows, given by way of example, reference is made to the appended drawing, which is a schematic view in partial section of an embodiment of the invention.

Dans le dessin, la référence 12 désigne l'arbre de sortie d'un moteur à combustion interne et la référence 1-6 désigne un arbre rotatif, propre à être entraîné en rotation par le moteur.In the drawing, the reference 12 designates the output shaft of an internal combustion engine and the reference 1-6 designates a rotary shaft, suitable for being driven in rotation by the engine.

Selon les applications envisagées, l'arbre rotatif 16 peut être relié, éventuellement par un réducteur, à un arbre d'entraînement d'hélice dans un dispositif de ventilation pour locomotive, à l'organe d'entraînement d'une pompe, d'une génératrice électrique, etc, ou encore à un arbre portehélice d'un engin volant-, en particulier du type ultra-léger motorisé pour lequel la réduction du poids embarqué a une importance considérable, le dispositif selon l'inventon évitant notamment l'utilisation d'un volant d'inertie dont le poids est toujours très élevé.Depending on the applications envisaged, the rotary shaft 16 can be connected, optionally by a reduction gear, to a propeller drive shaft in a ventilation device for a locomotive, to the drive member of a pump, of an electric generator, etc., or else to a propeller shaft of a flying machine, in particular of the ultra-light motorized type for which the reduction of the on-board weight is of considerable importance, the device according to the invention notably avoiding the use a flywheel whose weight is still very high.

Le dispositif de couplage à friction selon l'invention comprend un premier disque 24 coaxial à l'arbre 12 de sortie du moteur et monté en bout de celui-ci au moyen de vis, et un second disque 26 coaxial au disque 24 et fixé sur une bride 28 d'un manchon 30 à surface cylindrique interne cannelée qui est engagée sur une partie d'extrémité cannelée 32 de l'arbre rotatif 16. Le manchon 30 portant le disque 26 est ainsi déplaçable axialement par rapport à l'arbre 16, tout en étant solidaire en rotation de celui-ci.The friction coupling device according to the invention comprises a first disc 24 coaxial with the motor output shaft 12 and mounted at the end of the latter by means of screws, and a second disc 26 coaxial with the disc 24 and fixed on a flange 28 of a sleeve 30 with a grooved internal cylindrical surface which is engaged on a grooved end part 32 of the rotary shaft 16. The sleeve 30 carrying the disc 26 is thus axially displaceable relative to the shaft 16, while being integral in rotation thereof.

L'extrémité libre ou extrémité gauche sur le dessin de l'arbre 16 est avantageusement guidée et supportée à rotation, au moyen d'un palier, dans un logement cylindrique borgne de 1'extrémité de l'arbre 12 de sortie du moteur à combustion interne. The free end or left end in the drawing of the shaft 16 is advantageously guided and supported in rotation, by means of a bearing, in a blind cylindrical housing at the end of the shaft 12 of the combustion engine output internal.

Sur la périphérie du second disque 26 sont fixées deux garnitures annulaires de friction 40 et 42, dont l'une 40 est sur la face du disque 26 orientée vers le premier disque 24 et dont l'autre 42 est fixée sur la face opposée du disque 26, orientée vers un anneau plat 48 présentant des encoches 46 à sa périphérie qui sont traversées par des tiges cylindriques 44, parallèles à l'axe commun de rotation des arbres 12 et 16, et qui sont fixées par une extrémité sur le premier disque 24.On the periphery of the second disc 26 are fixed two annular friction linings 40 and 42, one of which 40 is on the face of the disc 26 facing the first disc 24 and the other of which 42 is fixed on the opposite face of the disc 26, oriented towards a flat ring 48 having notches 46 at its periphery which are crossed by cylindrical rods 44, parallel to the common axis of rotation of the shafts 12 and 16, and which are fixed by one end to the first disc 24 .

Les tiges 44 portent fixement, à leur extrémité opposée au disque 24, une bague 60 qui est maintenue en appui sur des épaulements des tiges 44 par des écrous 62 vissés et bloqués ou arrêtés sur les extrémités de ces tiges. La bague 60 comprend une face tronconique 64 orientée vers l'anneau de serrage 48, cette face tronconique étant centree sur l'axe de rotation des arbres 12 et 16 et orientée de telle façon que la distance, parallèlement à cet axe, entre l'anneau 48 et la face 64, diminue quand on s'éloigne de l'axe de rotation des arbres 12 et 16.The rods 44 fixedly carry, at their end opposite to the disc 24, a ring 60 which is held in abutment on the shoulders of the rods 44 by nuts 62 screwed and blocked or stopped on the ends of these rods. The ring 60 comprises a frustoconical face 64 oriented towards the clamping ring 48, this frustoconical face being centered on the axis of rotation of the shafts 12 and 16 and oriented so that the distance, parallel to this axis, between the ring 48 and face 64, decreases when one moves away from the axis of rotation of the shafts 12 and 16.

Entre l'anneau 48 et la face tronconique 64 de la bague 60 est guidé un élément annulaire extensible 66, avantageusement constitué par un ressort longitudinal à spires hélicoïdales en acier, qui est plié annulairement sur lui-même avec ses deux extrémités sensiblement jointives pour être disposé entre l'anneau 48 et la face tronconique 64 de la bague 60.Between the ring 48 and the frustoconical face 64 of the ring 60 is guided an extensible annular element 66, advantageously constituted by a longitudinal spring with helical turns of steel, which is folded annularly on itself with its two ends substantially joined to be disposed between the ring 48 and the frustoconical face 64 of the ring 60.

A l'arr8t du moteur, cet élément 66 exerce sur l'anneau 48 une force relativement faible et sensiblement négligeable.When the engine stops, this element 66 exerts on the ring 48 a relatively weak and substantially negligible force.

Quand le moteur tourne, l'élément annulaire ou ressort 66 tourne avec l'anneau 48 et la bague 60 et est soumis à une force centrifuge qui est proportionnelle au carré de la vitesse angulaire de rotation de l'arbre 12 et qui tend à augmenter sa longueur ou son périmètre par rapport à l'axe de rotation. Par effet de coin entre l'anneau 48.et la face tronconique 64 de la bague 60, l'élément 66 exerce sur l'anneau 48 une force parallèle à l'axe de rotation et qui est proportionnelle à la force centrifuge. Cette force se traduit par un serrage des garnitures 40 et 42 entre l'anneau 48 et le premier disque 24.When the engine is running, the annular element or spring 66 rotates with the ring 48 and the ring 60 and is subjected to a centrifugal force which is proportional to the square of the angular speed of rotation of the shaft 12 and which tends to increase its length or perimeter relative to the axis of rotation. By wedge effect between the ring 48. And the frustoconical face 64 of the ring 60, the element 66 exerts on the ring 48 a force parallel to the axis of rotation and which is proportional to the centrifugal force. This force results in a tightening of the linings 40 and 42 between the ring 48 and the first disc 24.

Cette force de serrage des garnitures varie dans le même sens que la vitesse de rotation du moteur et permet, par glissement du disque 26 et des garnitures 40 et42 entre l'anneau 48 et le disque 24, d'absorber les vibrations et irrégularités cycliques de fonctionnement du moteur, quelle que soit la vitesse de rotation. De plus, la force de serrage varie proportionnellement au carré de la vitesse angulaire de rotation, comme le couple résistant appliqué à une hélice par l'air s' opposant à sa rotation, de sorte que la variation de la force de serrage des garnitures en fonction de la vitesse de rotation ne nuit pas à la transmission d'un couple moteur entre arbre 12 de sortie du moteur à combustion interne et l'arbre rotatif 16.This tightening force of the linings varies in the same direction as the speed of rotation of the motor and allows, by sliding the disc 26 and the linings 40 and 42 between the ring 48 and the disc 24, to absorb the cyclic vibrations and irregularities of motor operation, regardless of the speed of rotation. In addition, the clamping force varies in proportion to the square of the angular speed of rotation, as the resistive torque applied to a propeller by the air opposing its rotation, so that the variation of the clamping force of the linings in as a function of the speed of rotation does not harm the transmission of an engine torque between the output shaft 12 of the internal combustion engine and the rotary shaft 16.

A titre d'exemple, on précisera que l'angle au sommet de la surface tronconique 64 de la bague 60 est d'environ 1400, c'est-à-dire que cette face tronconique forme, avec la verticale, un angle d'environ 200 dans sa surface de contact avec le ressort 66, celui-ci étant formé en fil d'acier ayant un diamètre d'un millimètre par exemple, les spires du ressort pouvant avoir elles-mêmes un diamètre extérieur d'environ 12 à 13 mm, le ressort ayant une longueur totale à l'état libre d'environ 400-450 mm, dans le cas où l'arbre 16 est l'arbre d'entrée d'un réducteur dont l'arbre de sortie est relié à l'arbre porte-hélice d'un engin volant ultraléger motorisé.By way of example, it will be specified that the angle at the apex of the frustoconical surface 64 of the ring 60 is approximately 1400, that is to say that this frustoconical face forms, with the vertical, an angle of about 200 in its contact surface with the spring 66, the latter being formed of steel wire having a diameter of one millimeter for example, the turns of the spring may themselves have an outside diameter of approximately 12 to 13 mm, the spring having a total length in the free state of approximately 400-450 mm, in the case where the shaft 16 is the input shaft of a reduction gear whose output shaft is connected to the propeller shaft of an ultra-light motorized flying machine.

Le dispositif selon l'invention permet un rattrapage automatique d'usure, sans aucun réglage, il assure une très bonne absorption des vibrations et irrégularités cycliques de fonctionnement du moteur par glissement du disque 26 par rapport au disque 24 quelle que soit la vitesse de rotation du moteur, et il permet également une bonne répartition de la force de serrage sur toute l'étendue annulaire des garnitures, le ressort comprenant un grand nombre de spires qui sont chacune en appui sur l'anneau de serrage 48. The device according to the invention allows automatic wear compensation, without any adjustment, it ensures very good absorption of vibrations and cyclic irregularities in the operation of the motor by sliding of the disc 26 relative to the disc 24 whatever the speed of rotation. of the motor, and it also allows a good distribution of the clamping force over the entire annular extent of the linings, the spring comprising a large number of turns which are each supported on the clamping ring 48.

Claims

Claims.

1. Device for driving a rotary shaft by means of an internal combustion engine, for example for driving a load such as an electric generator, a pump, an input shaft of a reducer connected to the propeller shaft of a flying machine, the device comprising friction means between the output shaft of the engine and said rotary shaft, allowing the transmission of a rotary movement and the absorption of cyclic irregularities of operation of the engine and comprising two coaxial discs integral in rotation respectively with the engine output shaft and the rotary shaft., friction linings carried by one of these discs and cooperating with the other disc, and means for tightening of the linings between these discs or on one of these discs, characterized in that said clamping means (64, 66) exert on the linings (40, 42) a force which varies in the same direction as the speed of rotation of the motor.

2. Device according to claim 1, characterized in that the clamping means comprise an extensible annular element (66) guided between a clamping ring (48) integral in rotation with a first disc (24), and a frustoconical face ( 64) of a ring (60) integral with this disc (24), the distance, parallel to the axis of rotation, between the ring (48) and said frustoconical face (64) decreasing when the radial distance from this axis increases, the perimeter of the annular element (66) tends to increase when the speed of rotation increases, so that this annular element (66) exerts by wedge effect a tightening force of the linings which varies in the same direction as the rotation speed.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping force of the linings is substantially proportional to the square of the speed of rotation of the motor.

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the annular element (66) is a longitudinal spring with helical coils, annularly folded back on itself.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that said ring (60) is fixed to rods (44) parallel to the axis of rotation, which are mounted on the periphery of the first disc (24) and on which is guided in translation the clamping ring (48).

6. Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the second disc (26) is carried by a grooved sleeve (30) integral in rotation with the rotary shaft (16) and movable in translation on this shaft , the first disc (24) being integral with the motor output shaft (12).